实验十一　干燥实验

一、实验目的

1、了解常压干燥设备的基本流程和工作原理

2、了解测定干燥速率曲线的意义，掌握物料干燥速率曲线的测定方法

3、测定物料恒定干燥条件下的干燥速率曲线及传质系数K_H

二、基本原理

干燥操作是采用某种方式将热量传给湿物料，使湿物料中的水分汽化分离的操作。干燥操作同时伴有传热和传质，过程比较复杂，目前仍靠实验测定物料的干燥速率曲线，并作为干燥器设计的依据。

干燥过程分三个阶段，如图1所示。物料预热阶段（Ⅰ），在此阶段物料被预热，直到物料表面的温度按近于热空气湿球温度t_w；在随后的第Ⅱ阶段中，物料表面温度维持t_w不变，水分向空气中汽化，干燥速率不变；在第Ⅲ阶段中，物料表面已无液态水存在，由于物料内部的扩散速率小于物料表面水分的汽化速率，则物料表面变干，温度升高，因而干燥速率降低，直至达到平衡含水量为止。Ⅱ和Ⅲ交点处物料的含水量称为临界含水量（以X表示）。通常第Ⅰ阶段可忽略。

图1 干燥速率曲线

干燥速率是指单位时间单位干燥面积上所汽化的水分量，可表示为：

式中：U，干燥速率，kg/(m².s)

A，被干燥物料汽化表面积，m²

    τ，干燥时间，s

W，从干燥物料中汽化的水分量，kg

为了便于处理实验数据，上式可改写为：

由干燥速率对物料的干基含水量进行标绘，即可得到干燥速率曲线。

三、实验装置

干燥实验多采用箱式干燥器装置，在恒定干燥条件下干燥块状物料。其流程如图2所示：

图2    干燥装置示意图

1 通风机 2蝶阀   3 干燥箱  4 加热器     5 电热装置  6 孔板流量计 7压差计

8进气阀  9排气阀10温度计 11 湿球温度计12 天平     13电热控制器  14电流表

空气由风机1送入，经孔板流量计6，电加热器5、4，入干燥器3，然后返回风机，循环使用。电加热器由晶体管继电器控制，使空气温度恒定。干燥室前方，装有干、湿球温度计，干燥室后也装有玻璃温度计，用以测量干燥室内的空气状况。空气流量由蝶阀2调节，任何时候此阀都不能全关，否则电热器会因过热而损坏。空气进口端的片式阀8，控制系统吸入的空气量，出口端的片式阀9用以调节系统向外排出的废气量。

四、操作步骤

1、处理试样，量取试样尺寸，并记录绝干物料质量。将试样加适量水（视试样大小和吸水情况，若干燥物料为矿粉，水分添加量为绝干质量的40％左右），让水分均匀扩散至整个试样，然后称取湿试样质量。

2、往湿球温度计内加水，检查天平是否灵活，并配平衡，开动风机送风，调节阀门使孔板压差计示值Rˊ在30mm以上。

3、调节热空气状况，恒定干燥条件。接通加热器组合开关加热。电热器由电功率为1KW的热源件组成，一组由热电阻温度计通过晶体管继电器控制，另组通过组合开关由手动控制。起动时二组都供电，待达到预定温度时酌情关去一组，控制恰当时，晶体管继电器时合时关（红绿灯交替亮）。

4、测取数据。待干燥条件恒定后，将湿物料放入器内的支架上，加砝码使天平接近平衡，但砝码应稍轻，使水分汽化至天平指针平衡时启动第一秒表记时，同时记录试样的重量。然后，减去2克砝码，待水分再干燥至天平指针于平衡位置时，停第一个秒表，同时开动第二个秒表。以后再减等量砝码，如此往复进行，直至试样接近平衡水分为止。通常至少应取十组以上数据。若为电子天平，不需配平和减少砝码等操作。

五、实验记录与数据整理

记录如下基本数据：

试样名称：；试样绝干质量G：g；试样尺寸：；试样初始质量：g；干燥室前干球温度：℃；干燥室前湿球温度：℃；干燥室后干球温度：℃；斜管压差计倾斜度：，液位差读数：mm。

实验数据记录表：

序号	试样质量，g	间隔时间，s	干基含水量，X
0	​	0	​
1	​	​	​
2	​	​	​
3	​	​	​
4	​	​	​
5	​	​	​
6	​	​	​
7	​	​	​
8	​	​	​
9	​	​	​

数据处理如下：

1、干燥速率曲线

干燥速率由基本原理的公式计算。而湿物料质量差可由相邻两次质量差得到，即：

因为此处所得的干燥速率Ｕ是在Δτ时间间隔的平均干燥速率。所以与之对应的物料干基含水量应为可按下式计算：

　　

而式中：

在直角坐标纸上描出Ｕ～Ｘ_m曲线

2、传质系数

因干燥过程既是传热过程也是一个传质过程，则干燥速率可表示为：

式中：a，空气湿物料表面的对流传热膜系数，kw/（m².℃）

t，空气温度，℃

t_w，湿物料表面的温度（即空气的湿球温度），℃

r_w，t_w时水的汽化潜热，kJ/kg；

K_H，传质系数，kg/(m².s.);

H ，空气的湿度，kg水／kg干空气；

H_w，湿空气的饱和湿度，kg水／kg干空气；

因在恒定干燥条件下，空气的湿度、温度、流速以及与物料接触方式均保持不变，故随空气条件而定的a和K_H亦保持恒定值，所以K_H值可由上式计算。其中a值可按下式求取：

（对于静止物料，空气流动方向平行于物料表面时，L＝0.75—0.85）

式中：L，空气的质量流速，kg/(m².s)

Ｖ_s，流经孔板的空气体积流量m³/s，按孔板流量计的公式计算

ρ，流经孔板的空气密度，kg/m³

F，干燥室的流通截面积，m²

思考题

1、如何提高干燥速率？就两个阶段分别说明理由。

2、等速阶段和降速阶段分别除去的是什么性质的水分？

操作面板

设备全图

风机

阀门

电子天平

加热装置

孔板流量计